汽轮发电机组振动标准的研究

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东方电气评论

１９９１年９月

ＤＯＮＧＦＡＮＧ

ＤＩＡＮＱＩ

ＰＩＮＧＬＵＮ．

第５卷第３期

汽轮发电机组振动标准的耕究

郑卅ｌ机檬碍ｌ：究所

。摘

付・汝楫

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并研觅了汽糟发电枕扭《动标准中有关振动检

本文介绍了有关ＩＳｏ爱国外振动标准曲情况

ｒ强４车『ｌ评定的着千问题。

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关键词ｔ汽轮发电机组振动标准龟站

一、刖

青。

随着我国电力工业的发展，３００ＭＷ汽轮发电机组已成为目前我国火力墅电的主力机组，装机运行的台数已达封Ｊ口ａ台左右，单

机容量ｄｏｏＭＷ自机组也已投犬避行。．幽于

单机容量增太和装机总台数的增加，机组振

动问霹日益突出，机组发生断轴，油：膜振

荡、火轴弯曲等重大事故或故障多起，损失根犬。为了挺高机组韵可靠性，避免事故发生．制订汽轮发电机组振动的国家标准有重要意望和巨大效益。

二、机组振动标准中的

几个问题

，

１．评定机组振动状态的物理量

量移要如可．巨透一以动的．乎般是负是机来；荷评壳说振。定与０动对静叶评加于动片定速盐蹲都之结度乎伴问构、机∥之的物振器同闽幂动●的防状度果隙转态，．检变轴的振｛霞化与物动的，密理位主倒封

ｉ０９１年２月１１日收稿

之间的间隙以及滑动轴承中油膜厚度的变化等，则以转子振动位移作为评定转子振动状态的物理量集台适：更直观。而对于轴承座，ＩＳｏ国际标准以及欧美等国都以振动烈度（以振动速度有效值来表征）作为评定的物理量，主要是从振动能量的观点来考虑。因为振动熟度和振动能嚣成正比，从能量观点反映了振动构件动应力或应变。如果是单一频率的振动，剐用振动加速度或振动速度或振动位移作为评定振动状态的物理量没有

本质的区别，、因为窟们之间有一简单的确定

性的换算关系。倒如单一频率ｆ；５０ｍ的正

弦振动，振动速度有效值Ｖ＝７．ｉｍｍ／ｓ，则振动位移峰峰值；

Ｓｐ＿ｐ。≮≯一ｏ．ａｓ｛一

吼４５ｘ等＝０．０６３９ｍｍ

１《

如果振动波形复杂，包含的振动频率分量丰富，则不存在这种简单的换锋关系。至于用

轴承动负荷来评定机组振动戕态，由于测试系统复杂，使用不方便，除了一些特殊场合

外，一般都不采用。国标ＧＢＩｌ３４Ｔ一８０大型旋转机械振动烈度现场测量与评定，它等效于国际标准玲０３９４５—１９８５，适用于功率太

于３００ｋＷ，转速为】ｏ一２００ｒ／ｓ的大型旋转机

１６５

器，包括电动机、发电机、蒸汽轮机、燃气在糸１京，ｔ．斯德哥尔摩、广州召开的ＩＳＯ／ＴＣ

轮机、：混轮压缩机、涡轮聚等。：瞧定在机器

表面阻烈得的频率在１０剥１０００Ｈｚ范围内振

１０自会议讨论的情况，提出以Ｆ看法供参考；

①功率在５０ＭＷ以Ｆ的小机组只测量轴

参数，在规定的潮矗鬻闻瞧画龟构鞫藿务画注魏妻姻释避自映窜触Ｊ茧乘向拇测量轴承座振动篓，馨嘉辇嚣勰鼗粼辩惑害蘑瓣茹臻嚣嚣雾翥釜蠹薹喜姜薯

测得的最大值作为机器的振动烈度。我们认为汽轮发电机组轴承座振动用振动烈崖来评和轴扳动，功率大于５０ＭＮ、小于２００ＭＷ的

。桃组，婪隶测量轴承座振动而在有条件时或

定Ｊ转予振动用轴振动位移峰峰值来评定是台适的、实用的，符合等效采用国际蒋准的我国标准化政策，并且租我国标准化体系中的耜关标准协调一致。但是我国从建周以来各制造厂、电厂一直沿翊把轴承座癣移峰峰值作为评定的依据，用振动烈度国内还不大习惯，是否需要有一段过渡时期，在标准中如何反映，尚须伺行专家商量受定。

Ｌ

ｔ。

２．测撮都位矗测点布墨

我目甘前各制造厂和电厂只规定测量轴承座的振动位移，但是对于大型汽轮发电机组这类机器，具有挠性转子而机壳剐度和质量相对较大（相对转子而言），Ｂ测量轴承座振动是不够的。最近＝十年来发展起来的轴振动监测方法即直接铡藿转轴的振动。能把转轴的不平衡、热弯曲、碰磨、轴心运动轨迹和其它异常振动的信息通过轴振动测量清楚地表示出来，它具有灵敏度高、反映直接的特点。国外已广泛应用于机组的现场振动监测，国内也有不少单位配备了轴振动测量装髓并积累了一定的使用经验。轴振动测量与评定标准首先由德国ＤＩＮ提出，现正转化为１Ｓ０７９１９系列国际标准：日前，硌０７９Ｉｏ／１转轴振通珀§测量与央定一一第一部分总财，已正式颁布．而ＩＳ０７９１９７２是专门为汽轮发电机组轴振动测量和评定而制订的，１９９０年５月已形成Ｄ玲（国际标准草案），我国已收到该文本。在国内已制订国家标准ＧＢｌ１３４８．１—８９（等效于俗０１７０ｉ９／１）从１９９０年开始实施。

结合汽轮发电机组蚶特点，参照有关的国家标准和Ｉｓｏ国际标准以及作者多次参加

１６６

在新机组启动及故障诊断分析时测量轴振动，ｉｊ宣轴振动的大小可不作为考核指标。这主要是考虑２００ＭＷ珊土的大机组在现场出

现的振动问题较多，大蛳组的可靠性对电网

的影响较大，另外小机组以前一直只是测量轴承座振动，能够保证机组的安全运行，所以不测量轴振动看来也是可以的。

括同轴励磁蝴承）的垂直中分线和水乎中

②轴承座振动的测点应该在各轴承（包

分面上，测崩、位置鬼图ｌ，以测量轴承座垂

巍骐婚熬

－谚

图１主轴最上的删点

直、水平、１轴嘟三个方向的振列。但是在现

场，汽轮机并不都是用蒂地轴承，有的轴承就装在汽缸体内，只能在轴承盖上测振，而

不可能在水平中分面上测量水平振动和轴向振动，在这种情冽下允许在轴承盖顶部澜

振。

③轴搬动测糙可以有＝种：一种摧轴的绝对振动（轴棚烈于地面），男一种是轴的干Ｈ对振动（轴相对于轴承座或机壳），可任选一种，但振动限值不同（Ｊｌｊ面还要讨论）。山于轴承汕摸刚度、史承动剐度在圆周各个方向不棚同，轴ｎ０涡动轨迹一般不是圆形，圊此测拒方ｉ畸不同所洲得的轴振动也不一样，按照ＩＳｏ标准的规定，应该在每仑轴承附近装两个轴振传感器，设此招隔９０。±５。，英美曲习惯是两个轴振传感躲装在轴承盖上垂直中心线两侧４５。处，瑞典和法国则习惯装在轴承水平方向和垂直方ｍ，二者都可

以。

“握剧二ｊ振动幅值曲变让，－如果轴承痤掀动或轴振动的幅值是合格的。但变化量超

过报警限值的２５％，不论是振动更大或者更小都要报警。因为摇动变化大意味着机组可能有故障，例如大轴热弯曲。叶片飞脱、油膜振荡等等，特别是振动变化较大、变化较快时更要注意。

：、

・２

４．振动的限值

，

振动的限值定多少合适是一个很重要的问题，现将我们已收集到的资料介绍一下。

（１）．我国各电厂的规定

机组在３０００ｒＪｍｉｎ，带负荷稳定运行时，轴蓐座垂直，水平、轴向三个方向的振

３．机组撮动的评定准则

根据Ｉｓ０２３７２和ＩＳ０７９

１

动位移峰峰值小于０．０３ｒａｍ良好，Ｏ．０５ｒａｍ，班Ｆ台格，可以长期运行，大于Ｏ．０５ｍｍ报警，可短期运行，必须采取措施，但停机限值未作规定，另外，通过临界转速及超速时的振动限值也未作规定。

（２）日本标准

ｌ

９的规定，有两个

评定准则：

准则一：在颓矗三转速、整个负荷范田内，稳定１：况Ｆ：童行，各轴承庄振动和轴颈振动不超过某个规定的限值。在标准中心以振动限值为界划分为ｐｑ个区域：

区域Ａ；振动住良好限ｌ直以下，认为振动状态良好。

区域Ｂ，振动在良好限值和报警限值之间，认为机组振动状态是可以接受的（台格），机组可以Ｋ期运行。

【美域Ｃ：振动在报警限值和停机限值之间，进行撒臀，机纽可以短期运行，但必须采取措施。

区域Ｄ：振动超过停机限值，应立即停

机。

表１

删

９７３年ｉ０月日本通产省令，甜４００ＭＷ以

上的汽轮发电机组振动报警限值作出了规定（见表１）。

１

．

９７４年日本电气协会ＪＥＡＣ一３７１７将上述

规定的适用范围扩大至１０ＭＷ以上的汽轮机和发电机，并对停机限值作出了规定（见表

２）。

（３）美国标准

，、

①美国石油协会ＡＰＩ一６１ｉ标准规定，石油精炼通用蒸汽透焉机，检测轴承黼近的轴振动，此测量值不能超过下述限值ｔ

日本４００ＭＷＩ；；ｔ上机组报警艰值（峰峰值，ｒａｍ）

置

轴

定位承座

１６７

表２

１

ＯＭＷ以上机组振动的停机限值

～一——一～：！：ｊ

额定转速・（‘ｒ／ｍｉ＇ｎ）

、Ｌ，—————塑壁兰兰苎竺！竺竺！———４一轴

ｌ轴承座

额定转速＜肋ｏｏ

０．３５

０．１砧

“

ｆ一

２０００《额走转速＜４０００

０．２５

０．１２５

４０００《额定转速＜６００００．２０．ｔ

６０００＜额定转速＜ｌＯＯＯＤ０

１５

０．０７５

ｉ００００≤额定转速７

０．１２Ｓ

０．０６２

转速在４０００ｒ／ｒａｉｎ以下者，１振动位移峰式中“＿转速，ｒ／ｒａｉｎ

＠美国西屋公司标准ｔ根据我国引进的

美国西屋公司３００ＭＷ汽轮发电机组制造技

术中说明书规定。轨组韵船振动（绝对振

动）在３ｍｉｌ以内良虹，５ｒａｉｌ以内台格，允许

‘。

长期运行，超过５ｒｏｌｌ报警，１０ｒａｉｌ打闸停机。‘

ＡＰＩ－６２２标准规定：石油精菲用特殊蒸

但对同轴励磁机的轴振动，限值稍宽一点。

（４）ＩｓＯ国际标准

４

ｓ…＝’／芈！ｒｏｌｌ

①轴承崖振动椿准ｌＩｓ０３９４５—１９８５规定，功率大于１０ＭＷ的燃汽轮机组和汽轮发电机组，轴承座扳动烈度Ｖ。ｍ。≤２．８ｒａｍ／ｓ式中ｎ一转速，ｒ／ｍｌｎ

良好｝Ｖｒｍ９≤７．ｉＩＴｔＴｒｌ／ｓ合格’７．１＜Ｖｒｍ‘

②美国ＮＥＭＡ标准－美国全国电气制造

≤１８ｍｍ／ｓ报警’Ｖｍ＞１８ｍｍ／ｓ停机。据

ｊ

、

１９９１年４月收到的Ｉ．ＳＯ标准修改草案，停机限值要求减低，现正在征求各国意见。

以下Ｉ

’：

ｊ

’’

ｓ…＝√半岫，

＠轴振动标准：１０９０年５月］ＳＯ／ＤＩＳ

７９１

９－２规定了５０ＭＷ以上汽轮发电机组轴振

动的限值，见表３、表４。

表３

汽轮发电机组在各区域的轴相对振动限值的推荐值（位移峰峰值，ｕｍ）

‘

转

速

ｒ／ｒａｉｎ

区域、

．。二一１

５００“…卜．１‘！１８ｉｏ—ｌ一

３０００

３６００

轴的最大相对振动位移

ｉ６己

峰值２．ｏｍｉｌ，转速在４０００—６０００ｒ／ｍｉｎ之

间者，振动位移峰峰值１．５ｍｉｌ（盎；１ｒａｉｌ＝

１０。英寸一０．．０２５４ｍｍ）。当术能检测轴振

动时ｉ轴承座上的振动规定必须在上述值的

５０％以下。

汽透平机，轴振动位移晦峰值ｓ。一。不允许超

过。Ｆ述值或者２ｍｉｌ。

商协会ＮＥＭＡ二＿ＳＭ２１标准规定，机壤驱动用

多级燕汽透平航酶抽振动必须控制在下述埠

表４汽轮发电机组在各区域的轴绝对振动限值的推荐值（位移峰峰值，Ｈｍ）

转

速

ｒ／ｒａｉｎ

００

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一……一————。‘１—“。—’—一

１５００

１＿Ｌ—一～—ｆ＿ｒ—ｆ——一——————‘—＾＿－————————————－＿ｎ————————

１８００．

１

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１．

”ｏ。

‘。轱的最式绝对振勃位移

１１０

１２０

（往：区域Ａ，Ｂ、Ｃ的意义在术文评定准则一节中巳说明）

三、讨论

（１）关于机组振动限值的规定，英、羹、德、瑞典曾做过大量的机组现场振动普查工作，据他们在会上介绍，９０％以上的机组都能选到Ｉｓｏ规定的振动台格指标。我国在１９９０年曾组织了国产２００ＭＷ．机组振动情况普查，共普查了４６台机组，其中各轴承座振动峒值在５０９ｍ以上学有１２台，占２６．１％；５０９ｍ以Ｆ者有３４台，占７３．９％．其中在３０ｐ．ｍ以ｒ者有５台，占１０．９％，２０ｔｔｎｌ以下者有１台，占：．２％，但对振功烈度和轴振动未作评定。我们建议在制订机组振动国家标准的过程中，对机组轴振动和轴承座振动烈度也进行调查。

（２）按ＩＳＯ标准的要求，每个轴承应有５个测振点（轴承座垂直，水平、轴向三个测点和轴振动两个测点），这对于机组长期运行的振动监测来说，测振系统的通道数太多、系统庞大．不经济。因此，供氏期运行监测用的永久性测振点可以少一些，但至少每个轴承要有一个轴振测点和一个轴承座振动测点。在新机调试或振动故障诊断Ｉ时可根据需要，再增加临时测振点。据英美代表柱Ｉｓｏ台上介绍，机组妊期运行的振动监测刁；测量轴【Ｍ振动。

（３）关于机组升降速通过临界转速或超速时的振动限值，我国目前还没有明确规定，参照Ｆｌ本标准及国内的现场经验，建议

机组在通过临界转速或超速时振动蜂峰值应控制在ｏ．１血ｌⅡｊ＿以下．轴振动应在０．２，ｈｍ以下。若轴承座振动达到０．１２５ｒａｍ或轴振动达到０．矩ｍｍ应立即停机。机组在额定转速带

负荷运行时的振萄限值和评定准则我们让为

参照Ｉｓｏ国际标准的规定是可行的，为慎重起见，还必须在国产机组上验证。

（４）关于运行转速避开临界转速或固有频率的问题，在ＩＳＯ标准中来作规ｊ釜，而美国Ａ］ＰＩ标准作了规定．要求避开率为一１５Ｘ和＋２０％，但共振的强烈程度不仅与临界转速的避开率有关，还和模态不平衡量、升降速率、阻尼等因素有关，因此在标准中不宜作硬性规定，或者只作为推荐性意见写入标准，供机组、基础设计参考。

（５）；之于搬动羽！谣中的低频分量问题，如果轴振动和轴承座振动都在台格限值以内，而且振动比较稳定，随时间的变化量不超过合格限值的２５％。有一点低频分量对机组的安全不会有什么影响。如果振动变化较快，处于报警状态则需要仔细分析。

（６）由于轴承座振动和轴振动之间的关系取决于轴承油膜刚度、阻尼及轴承座（包括台扳，基础）的动剐度。它和轴系，基础的结构设计、安装、运行状态有关。因此，轴承座振动和轴振动不存在一种同定的比例关系，～般来说，可根据统计资料给出一个该比例的变化范国，根据Ｉｓｏ资料，机组轴振动和轴承座振动的比例一般为２～６。

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